木材缺陷扫描线试验装置控制系统设计综述
摘要：PLC控制系统的应用使电机运转安全可靠，PLC控制具有诸多优点，但仍有发展空间，并且就当前国际情况看，中国的PLC发展仍然落后于发达国家，国际PLC市场美国、欧洲、日本三足鼎立，这就对国内PLC技术提出了更高的求。转速是电机运行的重要参数，设计需要考虑电机速度对整个装置的影响，特别是停转时的控制精度。
关键字： PLC 变频器 转速调控
1 选题的目的及意义[1-5]
木材的检验工作是木材企业中基础的工作之一,也是最重要的工作之一,由于森林资源的减少以及人类对于自然环境的破坏,木材木料出现了越来越多的缺陷与问题,因此木材的检验工作直接关系到了森林资源合理利用的程度.掌握纯熟的木材检验技术与方法,快速有效地检验木材,并且妥善保管好木材,是每一个木材检验人员的基本职责,而对于整个试验装置PLC控制系统不可或缺，装置采用PLC对整个系统的运行进行控制，利用变频器对电机进行调速，前端采用组态软件进行编程，通过PLC输出模拟量对变频器输出频率进行控制，从而控制传送带的速度，要求整个系统具有安全保护、正反转控制、急停控制等功能。而采用PLC控制系统具有诸多优点：1.可靠性高，抗干扰能力强:高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC用于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。2.配套齐全，功能完善，适用性强：PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。3.易学易用，深受工程技术人员欢迎：PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。4.系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造：PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。5.体积小，重量轻，能耗低：以超小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。正是由于PLC控制系统的诸多优点，研究并设计运用PLC控制系统就显得颇具意义了。
2 国内外同类研究现状[6-12]
世界上公认的第一台PLC是1969年美国数字设备公司（DEC）研制的。限于当时的元器件条件及计算机发展水平，早期的PLC主要由分立元件和中小规模集成电路组成，可以完成简单的逻辑控制及定时、计数功能。20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程控制器，使PLC增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。为了方便熟悉继电器、接触器系统的工程技术人员使用，可编程控制器采用和继电器电路图类似的梯形图作为主要编程语言，并将参加运算及处理的计算机存储元件都以继电器命名。此时的PLC为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。自1969 年问世以来，PLC 在工业自动化领域的核心地位就一直坚不可摧。它改变了以前只能借助于继电器和步进器等机电器件进行逻辑和顺序控制的传统控制模式，并在作为主流控制器的几十年间，不断依据用户的不同需求提升各种功能，现代PLC 还引入了计算机技术和信息技术，以适应现代工业环境的要求。我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。在“十二五”期间，国家明确要大力提倡发展装备制造业及基础制造业，减少高耗能产品的使用，相关有利政策都会促进PLC 产品健康快速发展。预计未来五年我国PLC 市场仍将持续快速发展，因此，我们在抓紧国内市场因为自动化变革而产生的对PLC 的巨大需求，实行民族PLC 行业的快速发展，改变国内PLC 市场，由国外厂商一家或几家独大的场面。目前，世界上有plc厂商200多家，各种型号产品几千种。plc产品按地域上分成三个流派，分别是美国产品、欧洲产品、日本产品。美国：a-b（allenbradly）、ge（generalelectric）;欧洲：德国的西门子（siemens）法国的te（telemecanique）;日本：三菱电机（mitsubishielectric）、欧姆龙（omron）。此外国内市场上还有韩国、台湾地区等plc产品。从plc问世至今，一直表现出强大的生命力和高速增长态势，在工业控制领域，plc始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，plc与dcs（分布式控制系统）和ipc（工业pc）形成了三足鼎立之势（见表1）。现代的plc在功能、网络化、标准化、专业化及开放性上得到了大大的增强。另外，ipc加软件能实现plc的主要功能，在一些场合能代替plc进行控制，即实现软plc的功能.随着电子工业的不断发展，让今天的处理器、电路板及元器件尺寸不停的缩小，这些技术慢慢的作用于PLC，使其更稳定、可靠及坚固，并带来了功能的进一步提升，比如更快速的处理器，可扩充的内存能力及新的特色为响应市场需求，许多特性和功能正在从高端往低端PLC迁移。例如，我们可以预期未来的小型PLC将拥有更多高端PLC的特性，而中高端PLC也将提供更小、更紧凑的解决方案，以满足客户的需求同时，PLC也因内存成本和尺寸的减少而获益。这些优势极大地提升本地化数据存储能力，允许将PLC用在之前需要昂贵的数据抓取系统的应用场合。这也为其他功能的实现带来可能性，比如产品信息的板载存储，以便于加快故障排除。在工业控制领域，转速是电机运行状态的重要参数。电机转速测量要求快速、可靠、准确。工业现场转速测量方法主要有模拟测量法和数字测量法２种。模拟测量法信号远距离准确传输不易实现，数字测量法将转速信号转换为脉冲信号，对其进行测量与控制，具有可靠性高，抗干扰能力强的特点，满足工业现场需求。这里设计一种电机转速通用测量系统，与电机同轴安装的光电编码器将电机转速信号转换为脉冲信号，采用工业现场控制器西门子Ｓ７ －２００ ＰＬＣ，利用其高速计数器采集脉冲信号，根据Ｍ 法测速原理，经过ＰＬＣ 编程处理实时计算电机转速，特别地，此设计需要考虑停转时的电机控制精度。总之，今天的PLC技术仍有着无限可能。
3 研究内容
本课题来源于948课题。木材缺陷扫描需要将木板平放在传送带上，由电机带动传送带向前运动，传送带上方和下方各安装一台激光三维色泽扫描仪对木板进行扫描，扫描仪触发由安装与传送带上的编码器提供信号。木材缺陷扫描线试验装置控制系统要求采用PLC对整个系统的运行进行控制，利用变频器对电机进行调速，前端采用组态软件进行编程。本课题从实际工程应用中提取，涉及机械、电气控制和软件等知识，通过本课题的设计，能使得学生综合应用四年所学机电一体化知识，锻炼学生运用所学知识的能力，为今后从事相关工作打好基础。
参考文献
[1]张继和. 电机与控制[M].西南交通大学出版社 2008.12
[2]陈忠平.PLC自学手册[M],北京：人民邮电出版社，2009.6
[3]向晓汉.西门子S7-200PLC完全精通教程[M],北京：化学工业出版社，2012.7.
[4]李世发.PLC 在工业自动化控制领域中的应用[J].信息通信，2011（04）.
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